Устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя
Сущность изобретения: устройство содержит блок токовой защиты 1, блок обнаружения вторичного пробоя 2, блок индикации вторичного пробоя 3, диод 4, источник напряжения смещения 5, блок регулирования напряжения ограничения 6,блок управления 7 испытуемым транзистором, источник коллекторного тока 9 испытуемого транзистора . 7-8-2-3-6-1, 2 ил.
СОЮЗ СОБЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (21) 4763421/07 (22) 26.11,89 (46) 30„08,92, Бюл. 1 32 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики и Ленинградский институт машиностроения (72) В,А,Рудский, А,H,Ïèñêàðåâ и Б.ф.Дмитриев (56) Заявка Японии Г 61-39628, кл, G 01 R 31/26, 1986, Европейская заявка и" 0218334, кл, Г .01 R 31/26, 19с7.
Авторское свилетельство СССР
1 " 1676085, кл Н 03 К 17/60, Г, О1 R 31/26, 28.04.89, Изобретение, относится к электрон" ной технике и может быть использовано при контроле и измерении параметров силовых транзисторов, в частности при испытаниях на устойчивость к вторичному пробою, Известно устройство для защиты транзисторов при испытании, В этом устройстве токовая защита выполнена на управляемом ключе, подключенном параллельно коллектор-эмиттерному переходу испытуемого трэнзистора, Обратные перенапряжения на коллекторном переходе испытуемого транзистора ограничиваются диодами, подключенными параллельно индуктивности в коллек" торной цепи испытуемого транзистора.
Недостатком такого устройства защиты является то, что оно не обеспечивает ограничение наперед заданного напряжения на коллекторном перехо,,5U „„1758609 А1
< 1) С О1 К 31/26, и 02 Н 7/1О
2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗИЦИТЫ СИЛОВЫХ
ТРАНЗИСТОРОВ ПРИ КОНТРОЛЕ ПАРАМЕТРОВ
ВТОРИЧНОГО ПРОБОЯ (57) Сущность изобретения: устройство содержит блок токовой защиты 1, блок обнаружения вторичного пробоя 2, блок индикации вторичного пробоя 3, диод 4, источник напряжения смещения 5, блок регулирования напряжения ограничения б,блок управления испытуемым транзистором, источник коллекторного тока 9 испытуемого транзистора. 7-8-2-3-6-1, 2 ил. де в процессе запирания. Кроме того, сравнительно длительное пребывание испытуемого транзистора в режиме вторичного пробоя снижает надежность предотвращения необратимого процесса °
Известно также устройство для защиты транзисторов при испытаниях,, (Л в котором напряжение на переходе р эмиттер"коллектор испытуемого транзистора ограничивается посредством цепи из источника напряжения,шунтированного стабилитроном, конденсатором и резистором, подключенной через диод к коллектору испытуемого транзистора. ему
Недостатком этого устройства защиты является то, что оно не обеспечивает токовую защиту испытуемого транзистора в процессе вторично -о пробоя и не предотвращает необратимый процесс, обусловленный втори ным пробоем.
1758б09
Поэтому такая защита при контроле силового транзистора на устойчивость к вторичному пробою при переключении является ненадежной, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя. Это устройство для защиты содержит блок токовой защиты, выполненный на параллелЬно соединенных транзисторах, предусилителе. и стабилитроне, блок обнаружения вторич" ного пробоя, блок индикации вторич" ного пробоя с источником напряжения питания на выходе и диод, причем первый информационный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторно- . му выводу, второй вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока, предназначенному для включения в коллекторную цепь силового транзистора, коллекторы и эмиттеры транзисторов блока токовой защиты подключены к выходам блока токовой защиты соответственно, базы транзисторов подклЮчеНЫ к аноду стабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к первому выходному выводу блока токовой защиты, к аноду диода и источнику тока.
Недостатком этого устройствапрототипа является невозможность осуществлять контроль вновь создаваемых перспективных силовых высоковолЬтных транзисторов на напряжения больше допустимого коллекторного напряжения транзисторов в блоке параллелЬной токовой защиты.
Использование высоковольтных транзисторов в блоке параллельной токовой защиты делает ее быстродействие соизмеримым с быстродействием испытуеМого высоКоволЬтного транзистора, что не обеспечивает высокую надежность защиты мощных высоковольтных транзисторов при неразрушающем контроле их на вторичный пробой, Величина дополнительного тока, протекающего на интервале "рассасывания" ограничительного диода через,испытуемый транзистор, и время нахождения испытуемого транзистора в режиме вторичного пробоя значительно уменьшаются, но полностЬю не устраняются, При этом остаются причины вероятного перехода испытуемого силового транзистора в режим необратимого процесса. Следовательно, такую за5 щиту нельзя признать высоконадежной, Цель изобретения — устранение указанных недостатков и расширение области использования устройства.
1ц Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя, содержащее блок токовой защиты, выполненный на параллельно соединенных транзисторах, предусилителе и стабилитроне, блок обнаружения вторичного пробоя, блок индикации вторичного пробоя с источником напряжения питания на вы" ходе и диод, причем первый информационный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторному выводу, вто-. рой вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока, предназначенному для включения в коллекторную цепь силового транзистора, коллекторы и эмиттеры транзисторов блока то-.
ЗО ковой защиты подключены к выходам блока токовой защиты соответственно, базы транзисторов подключены к аноду стабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к перво" му выходному выводу блока токовой защиты, к аноду диода и к источнику тока, снабжено источником напряжения смещения, блоком регулирования напряжения ограничения, включающим 11
4О .ключей и N элементов И, и N-1 блоками токовой защиты, причем каждый из блоков токовой защиты снабжен дополнительным транзистором, эмиттер кото" рого подключен к первому выходному
4 выходу блока токовой защиты, коллектор - к базам транзисторов блока то" ковой защиты, а база дополнительного транзистора через предусилитель под" ключена к входу блока токовой защиты, причем все N блоков токовой защиты . соединены между собой последовательно, катод диода предназначен для подключения к коллекторному выводу силового транзистора, а второй выходной выход N-ro блока токовой защиты через источник смещения предназначен для подключения к эмиттерному выводу силового транзистора, первые входы элементов И и блока регулирования на5 17586 пряжения ограничения соединены мен<ду собой и подключены к выходу блока обнаружения вторичного пробоя, вторые входы - через соответствующие ключи подключены к выходу блока индикации, вход которого подключен к выходу блока обнаружения вторично> о пробоя, а выходы элементов И подключены ко входам соответствующих блоков токовой защиты.
Авторы не обнаружили в других технических решениях признакг>в, сходных с заявляемыми, обеспечивающих при решении задачи защиты испытуемого транзистора от разрушения, возможность осуществлять контроль силовых транзисторов на напряжения, превышающие допустимое напря>кение коллектор-эмиттер транзисторов блока токовой защиты с одновременным повышением быстродействия срабатывания, которые способствуют расширению oG ласти использования устройства. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию ".существенные 1;. отличия", Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано на фиг.1 схема устройства для защиты силовых 30 транзисторов при контроле параметров вторичногo пробоя, на фиг,2 - эпюры токов и напряжений на основных эле ментах защиты, Устройство содержит блок 1 токовой защиты, блок 2 обнаружения вторичного пробоя, блок 3 индикации вторичного пробоя, диод 4, источник
5 напряжения смещения и блок 6 регулирования напрян<ения ограничения. 40 . Кроме устройства защиты на схеме обозначены блок 7 управления испытуемым транзистором 8 и источник 9:. коллекторного тока испытуемого транзистора, включающий резистивный датчик тока, Блок 1 параллельной токовой защиты содер>кит 11 идентичных блоков, 10, 11 12, каждый из которых имеет вход
13, первый 14 и второй 15 выходные выводы и содержит параллельно включенные транзисторы 16, транзистор 17 дополнительного типа провг>димости, предусилитель 18 и стабилитрон 19, . Коллекторы транзисторов 16, эмиттер транзистора 17 и катод стабилитрона 19 подключены к первому выходному выводу 14, эмиттеры транзисторов 16 подключены ко второму
09 выходному вь:воду 15, а,.:.,i,. гp:.Iiû<1<:. торов 16 — к аноду с- агг илитро>гп 19 коллектору транзистора 17. Саз» транзистора 17 через предуси.г>итель 18 подключена ко входу 13, Выходные блоки 1О, 1 1, 1? подключены между собой г<оследовательно, Количество блоков N практически не превышает 4-х. Напряжен<ня блоков выбираются из ссотношения 1:2:4:8, Блок 2 обнаружения вторичного пробоя (ВП) содержит три схемы ?0, 21, 22 обнаружения ВП и имеет три < нформационных входа 23, 24, 25 и выход
26, Первая из схем 20 (индикатор спада напряжения) содер ит порг гг вый усилитель 27 и емкостный д тчик 20, включенный между пороговым ус<нл«телем и первым иH
23 блока 2 обнаружения ВП. Вторая схема 21 (индикатор P« - колебаний) содерн<ит одновибратор и детектор высокочастотных колебаний, включенный между входом одновибратора и вторым информационным входом 24, Третья схема 22 обнаружения ВП (индикатор
"хвоста" тока) содержит преобразователь "время-напряжения" и компараторы, включенные между входом npeoGразователя "время-наг;ряжениян и информационным входом 25 блока 2 обнаружения ВП, Выходы предусилителя 27, одновибратора и преобразователя "время-напряжения" подключены к выходу
26 блока 2 обнаружения ВП, Блок 3 индикации ВП содержит ключ, световой индикатор и источник напряжения питания и имеет вход 28 и выход 29. Вход ключа соединен со входом 28, а источник напряжения питания - с выходом 29 блока 3 индикации ВП °
Блок 6 регулирования напряжения ограничения содержит N ключей 3 О, 3 1, 32 и N элементов И 33, 34, 35 и имеет два входа 36, 37 и N выходов 38;
39, 40, Первые входы элементов И 30, 31, 32 соединены между собой и подключены к первому входу 36. блока 6, а вторые входы элементов И через соответствующие ключи 30, 31, 32 подключены ко второму входу 37 блока 6 регулирования напряжения ограничения, N -выходов которого 38, 39, 40 соединены с выходами элементов И 33, 34, 35 соответственно °
1758609
Первый информационный вход 23 блока 1 обнаружения ВП предназначен для подключения к коллекторному выводу, второй вход 24 - к базовому выводу силового транзистора 8, а третий вход 25 подключен к датчику тока в цепи источника коллекторного. тока 9. Диод 4 включен в проводящем напряжении между силовым транзисто- 1 ром 8 и источником каллекторного тока 9, Источник напряжения смещения 5 включен между эмиттером силового транзистора 8 и вторым выходным выходом И-го блока 12 токовой 1 защиты, Первый выходной вывод 14 блока 10 токовой защиты, подключен к аноду диода 4 и к источнику то" ка 9, Выход 26 блока 2 обнаружения ВП подключен ко входу 28 блока 3 инди" кации Bfl и к первому входу 36 блока 6 регулирования напряжением ограничения, Второй вход 37 блока 6 подключен к выходу 29 блока 3 индикации ВП, à N выходов блока 6 регулирования напряжения ограничения под.— ключены к соответствующим N входам блока 1.токовой защиты, Блоки устройства выполнены на серийных элементах полупроводниковой электроники и достаточно полно представлены в работе Иерстюк В.А, и др, "Иетодика и аппаратура для ус-: тановления границ устойчивой работы мощных транзисторов в ключевых режимах" - Э.Т., сер, 2: Полупроводниковые приборы, 1986, Г 5, с. 3135, а также в описании устройства прототипа, Устройство работает следующим образам. В исходном состоянии (фиг,2) на интервале с — с< испытуемый транзистор (ИТ) включен положительным импульсам 41 тока базы ig и в каллекторной цепи ат источника 9 протекает коллекторны6 ток 42 заданной величины Т х = I .
С момента с подачи обратного импульса 41 тока базы ig начинается процесс запирания ИТ, Его выходное сопротивление увеличивается,"что сопровождается ростом каллекторного напряжения Uk 43, При достижении напряжения 43 заданной величины ограничения V, момент t, близкой к суммарной величине напряжения пробоя с1абилитронов 19 в блоках токовой защиты 10, 11, 12, транзисторы 16 открываются. При этом ток, протекающий через транзисторы 16 и источник
5, препятствует дальнейшему росту каллекторного напряжения 43. Одновременно начинается процесс спада тока коллектора 42 в условиях практического постоянства напряжения 43 коллектор-эмиттер ИТ, Уровень напряжения фиксации V регулируется плавно с помощью источника напряжения 5 и дискретно с помощью ключей
30-32, При их размыкании транзисторы 17 выключаются и не шунтируют стабилитроны 19. Поэтому выбором величины напряжения пробоя стабилитранов 19 и переключением ключей
30!32 можно дискретно изменять величину V в широких пределах, Спустя некоторое время г — сэ задержки, определяемое внутренними . свойствами ИТ и выбранным режимом работы, реализуется критический режим,сопровождаемый локализацией тока, локальным разогревом структуры и, затем, - вторичным пробоем транзистора. При плавном изменении тока коллектора 42 вторичный пробой (ВП)
ИТ происходит на конечной стадии
30 этапа спада тока (момент сз), При
ВП коллекторное напряжение резко уменьшается до некоторого остаточного напряжения. Так как источник фиксирующего напряжения в устройстве
35 отсутствует, та всплеска тока через
ИТ в состоянии ВП не происходит, что способствует уменьшению вероятности деградации транзисторов при испытаниях, 40 В момент резкого спада коллекторного напряжения (или с некоторым опережением) с выхода блока 2 обнаружения ВП через элементы И 33-35 и предусилитель 1с в базу транзис- тора 17 подается отпирающий сигнал и в базы транзисторов 1Ь поступает дополнительный насыщающий так. Проводимость транзисторов 16 резко возрастает и они шунтируют ИТ, отводя
50 от него поток греющей мощности, момент t4. Так как транзисторы 16 до поступления насыщаЮщего сигнала уже находились в приоткрытом состоянии (в активном режиме работы), то время полного включения транзисторов защиты минимальное, Достигаемое при этом ограничение выброса тока и сокращение времени пребывания ИТ в состоянии ВП позво9 1758б ляет уменьшить вероятность деградации характеристик ИТ при контроле, способствует увеличению выхода годных приборов при испытаниях.
Последовательное соединение блоков 1О- 12 на быстродействующих транзисторах решает одновременно две задачи: - уменьшает время действия и величину потока греющей ИТ мощности, а также расширяет диапазон регулирования (контроля) напряжения коллектор-змиттер ИТ. Этому же способствует и включение источника 5, с помощью которого обеспечивается плавное регулирование напряжения фиксации в широких пределах и устраняется вредное влияние затягивания спада напряжения коллектор-змиттер (на конечном участке) выходных 20 транзисторов защиты 1б на время ее срабатывания, Технические преимущества предлагаемого устройства защиты силовых транзисторов при контроле парамет- 25 ров вторичного пробоя по сравнению с прототипом заключаются в том, что.оно обеспечивает более высокую надежность защиты. испытуемого транзистора в более широком диапазоне ЗО реГулирования контролируемого напряжения на его коллекторе.
Надежность. защиты повышается за счет увеличения ее быстродействия.
Это обеспечивается вследствие того, что транзисторы выходного блока токовой защиты низковольтные и работают в активном режиме.
Последовательное соединение блоков защиты на параллельно соединен" ных низковольтных транзисторах, база - коллекторные переходы которых шунтированы.стабилитронами, и источ" ника напряжения смещения совместно с блоком регулирования напряжения 45 ограничения способствуют расширению диапазона контролируемого напряжения вторичного пробоя испытуемых транзисторов, позволяет осуществлять контроль новых высоковольтных О силовых транзисторов с напряжением пробоя, Превышающим предельно допустимые значения напряжения испол.ьзуемых в блоке токовой защиты транзисторов, Таким образом, поставленная цель изобретения - расширение области ис- 1 пользования устройства защиты, - достигнута.
09 f0
Повышение надежности защиты при контроле параметров ВП силовых транзисторов дополнительно позволяет увеличить процент выхода годных приборов.
Формула изобретения
Устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя, содержащее блок токовой защиты, выполненный на параллельно соединенных транзисторах, предусилителе и стабилитроне, блок обнаружения вторичного пробоя, блок индикации вторичного пробоя с источником напряжения питания на выходе и диод, причем первый информационный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторному выводу> второй вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока, предназначенному для включения в коллекторную цепь силового транзистора, коллекторы и змиттеры транзисторов блока токовой защиты подключены к выходам блока токовой защиты соответственно, базы транзисторов подключены к аноду стабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к первому выходному выводу блока токовой защиты, к аноду диода и к источнику тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области исполЬзования, оно снабжено источником напряжения смещения, блоком регулирования напряжения ограничения, включающим N ключей и N элементов И и
N-1 блоков токовой защиты, причем каждый иэ блоков токовой защиты снабжен дополнительным транзистором, змиттер которого подключен к первому выходному выводу блока токовой защиты, коллектор - к базам транзисторов блока токовой защиты, а база дополнительного транзистора через предусилитель подключена к входу блока токовой защиты, причем все N блоков токовой защиты соединены между собой последователЬно, катод диода предназначен для подключения к коллекторному выводу силового транзистора, а второй выходной выход N-ro блока токовой защиты через источник смещения предназначен для подключения к эмиттерному выводу силового транзис12
1758609
Составитель В,Рудский
Техред И.Моргентал
Редактор И,Сегляник
Корректор П.Гереши
»»
Заказ 2999 Тираж Подписное
Ш1ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
1!3035, Москва, )К-35, Раушекая иао., д. 4/5
\»
Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 тора, первые входы элементов И блока регулирования напряжения ограничения соединены между собой и подключены к выходу блока обнаружения вторичного пробоя, вторые входы через соответствующие ключи подключены к выходу блока индикации, вход которого подключен к выходу блока обнаружения вторичного пробоя, а выходы элементов И подключены к входам соответствующих блоков токовой защиты,
